DE3539421A1 - Schaltungsanordnung zum schutz gegen ueberspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schutz gegen Überspannungen, z.B. durch Blitz­ einschlag bei Stromnetzen mit mindestens einem Phasenleiter, einem Nulleiter und einem Schutzleiter, wobei jeweils der Phasenleiter und der Nulleiter über je einen Varistor auf das Potential des Schutzleiters gelegt sind.

Derartige Schaltungsanordnungen sind im Stand der Technik bekannt. Sie dienen zum Schutz gegen Überspannungen an empfindlichen Geräten, welche Überspannungen beispielsweise durch Blitzeinschlag ausgelöst werden. Hierzu sind solche Schaltungs­ anordnungen beispielsweise in Form von Stecker- Steckdosenkombinationen bekannt, welche in vor­ handene Steckdosen eingesetzt werden und das anzukoppelnde Gerät dann in die entsprechende Steckdose des Überspannungsschutzgerätes einge­ steckt wird.

An sich sind diese bekannten Schaltungsanordnungen brauchbar, sie weisen jedoch einen wesentlichen Mangel auf, da zwar ein Überspannungsschutz er­ reicht wird, jedoch evtl. Personengefährdungen nicht auszuschließen sind. Sofern nämlich der Schutzleiter an irgendeiner Stelle des Leitungs­ systemes unterbrochen ist und der Fall eintritt, daß ein Varistor der Überspannungsschutzschaltung defekt ist und somit stromdurchlässig ist, so ist ein Stromfluß zwischen Phasenleiter und Schutz­ leiter in dem Fall möglich, daß eine Person beispielsweise das metallische Gehäuse eines an den Schutzleiter angeschlossenen Gerätes und gleichzeitig eine Wasserleitung oder dergleichen anfaßt.

In einem solchen Fall kann ein Strom von einigen Zig-Milliampere fließen, welcher Strom bei 220 V gespeisten Netzen tödlich sein kann.

Es sind zwar Fehlerstromschutzschalter bekannt, die früher einen Auslösestrom von 0,5 Ampere, heute aber schon einen Auslösestrom von 30 mA aufweisen, jedoch sind nicht alle Stromnetze durch derartige Fehlerstromschutzschalter geschützt, so daß nicht auszuschließen ist, daß Überspannungs­ schutzgeräte auch in Stromnetzen eingesetzt werden, bei denen kein Fehlerstromschutzschalter vorge­ sehen ist.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung eingangs be­ zeichneter Art dahingehend zu verbessern, daß zumindest eine Anzeigemöglichkeit für den Fall geschaffen wird, daß der Schutzleiter des Strom­ netzes an irgendeiner Stelle unterbrochen ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß der Phasenleiter über einen Vorwiderstand und eine dazu in Reihe geschaltete Signaleinrichtung an den Schutzleiter angeschlossen ist, so daß ein geschlossener Stromkreis gebildet ist, wobei in diesem Stromkreis durch geeignete Bemessung des Vorwiderstandes die Stromstärke auf einen geringen Wert von vorzugsweise 1 mA begrenzt ist.

Durch diese Schaltungsanordnung ist sichergestellt, daß zwischen Phasenleiter und Schutzleiter ein Stromkreis gebildet ist, der als Prüfstromkreis genutzt werden kann. Durch geeignete Auswahl des Vorwiderstandes wird die Stromstärke auf 1 mA begrenzt, so daß Personengefährdungen auszu­ schließen sind. Durch die Signaleinrichtung ist sichergestellt, daß bei Stromausfall, also bei Unterbrechung des Schutzleiters an irgendeiner Stelle des Leitungssystems ein Signal ausgelöst wird. Hierdurch kann die Bedienungsperson sofort feststellen, daß ein Leitungsdefekt vorliegt, der dann durch Fachkräfte gesucht und beseitigt werden kann.

ln Weiterbildung schlägt die Erfindung vor, daß auch der Nulleiter über einen weiteren Vorwiderstand an die auch dazu in Reihe geschaltete Signalein­ richtung angeschlossen ist.

Dies geschieht aus dem Grunde, da nicht unbedingt sicher ist, daß der Phasenleiter und der Nulleiter korrekt angeschlossen sind. Deren Vertauschung hätte ohne die erfindungsgemäße Maßnahme zur Wirkung, daß die Prüfeinrichtung funktionslos bliebe.

Zur Vermeidung eines ständigen Stromflusses zum Zwecke der Überprüfung der Schutzleiter-Funktions­ tätigkeit schlägt die Erfindung in Weiterbildung vor, daß der Stromkreis zwischen Phasenleiter bzw. Nulleiter und Schutzleiter durch einen Tast­ schalter unterbrochen ist, der lediglich bei Tastendruck geschlossen ist.

Auf diese Weise kann durch einen Tastendruck die Prüfung des Schutzleiters mittels der Über­ spannungsschutzschaltungsanordnung erfolgen, so daß bei jedem Einsatz der Schaltungsanordnung oder auch zu beliebigen Zeitpunkten eine Über­ prüfung möglich ist.

Vorteilhafterweise wird vorgeschlagen, daß als Signaleinrichtung eine Leuchtdiode angeschaltet ist.

Dabei sollte die Leuchtdiode bei ordnungsgemäßem Schutzleiter ständig leuchten und lediglich im Falle der Unterbrechung des Schutzleiters ein Erlöschen der Leuchtdiode die Folge sein.

Auch die gegenteilige Schaltungsanordnung ist möglich.

Zum Zwecke der weiteren Verbesserung der Sicherheit der Schaltungsanordnung wird vorgeschlagen, daß die Leuchtdiode mit einem Optokoppler gekoppelt ist, der bei Unterbrechung des Stromkreises eine Netzsicherung auslöst.

Verwendung finden kann ein Optokoppler üblicher Bauart, der mit einer Netzsicherung derart gekoppelt ist, daß bei Unterbrechung des Schutzleiters ein Stromfluß über die zusätzliche Netzsicherung erfolgt, so daß diese Sicherung auslöst.

Eine Variante zur Überprüfung des Prüfstromkreises wird darin gesehen, daß der Prüfstromkreis zwischen Phasenleiter bzw. Nulleiter und Schutzleiter pulsierend geöffnet und geschlossen ist.

ln Weiterbildung kann dabei vorteilhaft sein, daß als Pulsgeber ein Pulsgenerator eingeschaltet ist.

Eine Variante und damit eine parallele Lösung der eingangs gestellten Aufgabe, wobei zusätzlich die Personengefährdung ausgeschlossen wird, besteht ausgehend von einem Stand der Technik gemäß Ober­ begriff des Anspruches 8, darin daß zwischen Varistor und Schutzleiter eine Funkenstrecke geschaltet ist.

Auf diese Weise ist sichergestellt, daß auch bei defektem Schutzleiter kein Leckstrom über einen defekten Varistor fließen kann, da die Überbrückung der Funkenstrecke durch derartige Leckströme ausgeschlossen ist.

Bevorzugt ist dabei vorgesehen, daß beide Varistoren über eine gemeinsame Funkenstrecke an Schutz­ leiter geschaltet sind.

Prinzipielle Schaltungsanordnungen gemäß vor­ liegender Erfindung sind in den Zeichnungsfiguren dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1;

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 8;

Fig. 3 eine Variante der Ausführungsform gemäß Fig. 2.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 ist in einem Überspannungsschutzgerät realisiert, welches einerseits Steckkontakte zum Anschluß an eine Steckdose des verlegten Netzes aufweist und andererseits eine Steckdose zum Anschluß eines entsprechenden Gerätes besitzt. Die ent­ sprechenden Anschlüsse sind bei A bzw. B angedeutet.

Gemäß Fig. 1 besitzt die Schaltungsanordnung zum Schutz gegen Überspannungen bei Stromnetzen mit mindestens einem Phasenleiter L, einem Nulleiter N und einem Schutzleiter PE eine Schutzschaltung, die jeweils aus einem Varistor V 1 zwischen Phasen­ leiter und Schutzleiter und einem Varistor V 2 zwischen Nulleiter und Schutzleiter besteht.

Das Hausnetz dieses Systems ist bei C angedeutet. In das Hausnetz ist ein Verbraucher D, beispiels­ weise eine Waschmaschine, eingeschaltet, deren Gehäuse E auf Schutzleiterpotential gelegt ist. Desweiteren ist bei F eine Wasserleitung angedeutet. Sofern bei dieser Konstellation eine Unterbrechung des Schutzleiters PE an irgendeiner Stelle des Leitungssystemes erfolgt und zudem einer der Varistoren V 1 oder V 2 defekt ist, so daß ein Leckstrom über dem Varistor fließen kann, so ist eine Person unmittelbar gefährdet, die das Gehäuse E des Gerätes D anfaßt und gleichzeitig die Wasserleitung F berührt. Hierbei kann es zu einem Stromfluß in der Größenordnung von 100 mA kommen, so daß für die Person Lebensgefahr besteht.

Um dieses Risiko zu mindern, ist in der Schaltungs­ anordnung gemäß Fig. 1 ein Widerstand W 1 über einen Schalter S und eine Leuchtdiode G an den Schutzleiter PE angeschlossen. Desweiteren ist auch der Nulleiter N über einen Widerstand W 2 und den Schalter S an die Leuchtdiode G und den Schutzleiter PE angeschlossen. Sofern der damit zwischen dem Phasenleiter L und dem Schutzleiter PE gebildete Prüfstromkreis durch Betätigung des Schalters S geschlossen wird, leuchtet bei ordnungsgemäßem Schutzleiter PE die Leuchtdiode G auf, so daß die prüfende Person sich von der Funktionssicherheit überzeugen kann. Sofern der Schutzleiter PE an irgendeiner Stelle unterbrochen ist, ist ein Stromfluß beim Schließen des Schalters S nicht mehr möglich, so daß die Diode G nicht aufleuchtet. In diesem Falle weißt die Bedienungs­ person, daß eine gefährliche Situation besteht und geeignete Maßnahmen ergriffen werden müssen.

Diese Schaltungsanordnung ist in der Weise ergänz­ bar, daß mit der Leuchtdiode G oder einer weiteren Leuchtdiode ein Optokoppler gekoppelt wird, der wiederum eine Netzsicherung auslöst, sofern ein Defekt im Schutzleitersystem vorliegt. Alternativ wäre auch der Verzicht auf den Schalter S möglich und eine bleibende Leitungsverbindung und damit ein bleibender Prüfstrom möglich. Desweiteren wäre es möglich, den Schalter S durch einen Puls­ generator zu steuern, so daß in zeitlich bestimm­ baren Abständen eine automatische Überprüfung des Netzes und damit der Funktionstüchtigkeit des Schutzleiters PE erfolgen kann.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 ist jeder Varistor V 1 und V 2 über eine Funkenstrecke H an den Schutzleiter PE gelegt. Bei dieser Lösung ist eine Gefährdung bei defektem Schutzleiter PE ausgeschlossen, da ein Stromfluß über einen defekten Varistor V 1 oder V 2 ausgeschlossen ist, weil die Funkenstrecke H ein für diesen Fall unüber­ windbares Hindernis bildet, so daß kein geschlossener Stromkreis gebildet wird. Im übrigen könnte die Funkenstrecke H weiterhin dazu genutzt werden, daß das Gehäuse einer Antennensteckdose über eine solche Funkenstrecke ebenfalls auf das Potential des Schutzleiters PE geführt wird, so daß zusätzlich auch die Absicherung einer gegen Überspannungen in an sich bekannter Art geschützten Antennensteck­ dose möglich wäre.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 ist zusätzlich ein überspannungsgeschützter Antenneneingang ge­ zeigt. Das Antennenanschlußteil besteht aus einem metallischen geschlossenen Gehäuse K, welches in der Zeichnungsfigur mit gestrichelten Linien angedeutet ist.

Das Gehäuse weist im Ausführungsbeispiel einen Antenneneingang und einen Antennenausgang auf. Der zugehörige Ein- und Ausgang ist durch eine Leitung L miteinander verbunden, die dem Innen­ leiter der als Koaxialkabel ausgebildeten Antennen­ leitung entspricht.

Die Abschirmung ist bei M dargestellt. Diese Abschirmung ist auf Gehäusemasse gelegt.

Der Innenleiter L ist über eine Funkenstrecke H′′ ebenfalls an Gehäusemasse gelegt. Die Gehäuse­ masse liegt über eine weitere Funkenstrecke H′ potential­ mäßig an Schutzleiter PE. Die Funkenstrecke H′ ist als dreipolige Funkenstrecke ausgebildet, so daß in einem gemeinsamen Bauteil die Varistoren V 1 und V 2 über diese Funkenstrecke H′ an den Schutzleiter gelegt sind, aber auch das Gehäuse des Antennen­ anschlusses über diese Funkenstrecke H′ angeschlossen ist.

Desweiteren ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein weiterer Varistor V 3 zwischen Phasenleiter L und Null­ leiter N eingeschaltet. Die Besonderheit dieser Ausführungsform besteht einerseits darin, daß die Anzahl der Bauteile und damit die Montage und Herstellungskosten verringert werden können, indem die dreipolige Funkenstrecke H′ als Ersatz für die ansonsten notwendigen zwei Funkenstrecken verwendet wird.

Desweiteren wird durch diese dreipolige Gasent­ ladungsfunkenstrecke das Ansprechvermögen des jeweils anderen zu schützenden Kreises herabge­ setzt, sofern die Funkenstrecke eines Kreises gezündet ist. Das Ansprechverhalten wird hierdurch ver­ bessert. Im übrigen ist noch festzuhalten, daß durch die Serienschaltung der Varistoren V 1 und V 2 der Schutzpegel dieser Varistoren erhöht ist, was durch entsprechende Dimensionierung von Varistor V 1 und Varistor V 2 in der Weise rückgängig gemacht wird, daß auf jeden Fall sichergestellt ist, daß der Rest­ strom, der nach einem Überspannungsereignis über die Varistoren V 1 und V 2 fließen kann, jeden­ falls so niedrig ist, daß die Funkenstrecke H′ mit Sicherheit erlischt.

Die Anordnung des Varistors V 3 zwischen Phasenleiter und Nulleiter erfolgt zu dem Zweck, daß angeschlossene Geräte der Schutzklasse 2, also schutzisolierte Geräte, die ohne Bezug auf den Schutzleiter PE ange­ schlossen werden, ebenfalls gegen Überspannungs­ ereignisse geschützt sind.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungs­ beispiele beschränkt, sondern im Rahmen der Offen­ barung vielfach variabel.

Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung zum Schutz gegen Über­ spannungen, z.B. durch Blitzeinschlag bei Stromnetzen mit mindestens einem Phasenleiter, einem Nulleiter und einem Schutzleiter, wobei jeweils der Phasenleiter und der Nulleiter über je einen Varistor auf das Potential des Schutz­ leiters gelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenleiter (L) über einen Vorwiderstand (W 1) und eine dazu in Reihe geschaltete Signalein­ richtung (z.B. G) an den Schutzleiter (PE) ange­ schlossen ist, so daß ein geschlossener Stromkreis gebildet ist, wobei in diesem Stromkreis durch geeignete Bemessung des Vorwiderstandes (W 1) die Stromstärke auf einen geringen Wert von vorzugs­ weise 1 mA begrenzt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Nulleiter (N) über einen weiteren Vorwiderstand (W 2) an die auch dazu in Reihe geschaltete Signaleinrichtung (G) angeschlossen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis zwischen Phasenleiter (L) bzw. Nulleiter (N) und Schutzleiter (PE) durch einen Tastschalter (S) unterbrochen ist, der lediglich bei Tasten­ druck geschlossen ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Signal­ einrichung eine Leuchtdiode (G) angeschaltet ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leucht­ diode (6) mit einem Optokoppler gekoppelt ist, der bei Unterbrechung des Stromkreises eine Netzsicherung auslöst.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüf­ stromkreis zwischen Phasenleiter (L) bzw. Null­ leiter (N) und Schutzleiter (PE) pulsierend geöffnet und geschlossen ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Pulsgeber ein Pulsgenerator eingeschaltet ist.

8. Schaltungsanordnung zum Schutz gegen Überspannungen, z.B. durch Blitzeinschlag bei Stromnetzen mit mindestens einem Phasenleiter, einem Nulleiter und einem Schutzleiter, wobei jeweils der Phasen­ leiter und der Nulleiter über je einen Varistor auf das Potential des Schutzleiters gelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Varistor (V 1) und Schutzleiter (PE) eine Funkenstrecke (H) geschaltet ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beide Varistoren (V 1,V 2) über eine gemeinsame Funkenstrecke (H) an Schutz­ leiter (PE) geschaltet sind.